水處理攪拌器設備設計選型與故障診斷

導言
   污水用潛水攪拌器是一種強制攪拌設備，可適用于各類污水處理的攪拌，能對周圍水體進行攪拌、混合，從而提高污水處理效率。
　　污水用攪拌器的品牌選擇和設備選型對提高污水廠污水處理率和優化污泥排放具有非常關鍵的作用。潛水攪拌器作為一種在全浸沒條件下連續工作，兼攪拌混合和推流功能為一體的浸沒式設備，在污水處理領域有著廣泛的應用，在活性污泥工藝中采用潛水攪拌器可防止污泥沉積在池底部，將污水與回流和再循環水流混合在一起使懸浮固體均勻分布，從而使微生物與污水之間有充分的接觸。
　　在城市污水處理廠污水處理過程中，由于污水處理工藝的需要，污水和污泥的混合液必須以一定的流速在池體內循環流動。如果流速過低，不僅會使污水處理無法連續進行，而且會使混合液中的污泥絮凝沉淀，使池底大量積泥，大大減少池體的有效容積，降低處理效果，影響出水水質。因此，需要借助水力機械—潛水攪拌器的攪拌、推動，使得混合液保持一定流速，防止污泥沉積在池底部，并將污水與回流和再循環水流混合在一起使懸浮固體均勻分布，從而使微生物與污水之間有充分的接觸，達到混合攪拌、推進的作用。
　  本次潛水攪拌器技術專題結合攪拌器設備滿意度調查結果，進行總結、分析和比選，力爭為廣大水
業同行提供專業參考。

攪拌器造型“三步曲”
一、攪拌器設計因素分析
　　攪拌器設計中通常需要考慮的因素是能量密度(W/m3)和整體流速(m/s)，特別是在污水處理中。由于已
經出現了新的高效的攪拌系統，故能量密度標準已經轉而用來表示能耗了。
　　有效的攪拌是在整體流動條件下獲得的，水池中的介質整體都在發生運動，并且成為攪拌工藝的一部
分。整體流速通常為0.15～0.35m/s，現在往往被用作攪拌程度的設計參數。由于無循環通道的水池也存在
著如何正確定義和測量所需流速的問題，故只在學術上規定一個整體流速是不夠的。直到今天，整體流速
仍是污水處理中最可行的對通用攪拌狀態進行定量分析的方法，而以沉積量、活體積、污泥分布均勻度等
參數來定量表示攪拌度的工作正在進行之中。
　　整體流動是由攪拌器射流的動量驅動的，其根本上就是攪拌器的反應推力，它與攪拌器的位置共同決
定著所產生的流動形式。如果攪拌器的位置和某一應用中所需要的推力以及攪拌器的推力數據已知，就可
據此進行設備選型。
二、流量的計算
　　最近的一篇報道顯示，使用計算機流體動力學(CFD)可以準確地預測潛水攪拌器所產生的流量。為了
計算流量，必須解出納維—斯托克斯方程，這可依靠計算機的幫助并采用雷諾數平均的方法，還需要正確
選擇湍流、攪拌器型式以及計算中所采用的計算網格。解納維—斯托克斯方程時所施加的力必須包括在內，如射流沖力(即攪拌器推力，單位：牛頓)。另外，與攪拌器力矩(角動量通量)也有一定的關系，但沒有那么重要。
　　依照攪拌器推力和攪拌器位置，正確使用CFD可以進一步增進攪拌器系統設計工具的準確性。在這些
設計中，攪拌器推力是最重要的定量因素。
三、攪拌器具體組件選型
　　 潛水攪拌器應可以被提升和放下，并且應該可以方便地卸下進行檢查或服務，而無需工作人員進入
池體或井中。攪拌器應有一個滑動的導桿支架作為其整體的一部分，攪拌器的整個重量應受力在一個支架
上，該支架必須能夠承受攪拌器造成的所有推力。攪拌器及其附件和電纜，應能夠連續浸沒在深度為
20米的水下工作而不損失其水密性。
(1)殼體
　　考慮到污水處理廠污水具有酸堿、有機物、熱污染、腐蝕性溶液等工作環境因素，潛水攪拌器殼體的
主要材質應為不銹鋼；而所有的螺母、螺釘和墊圈則應為不銹鋼或更好的材質。
(2) 電機
　　電機應根據水深工作的需要，一般選用高絕緣等級(F 級) 的標準定子和標準轉子組件組裝到設計緊
湊的潛水攪拌機殼體內。電機功率等級和安裝尺寸均應符合I．E．C 國際標準，特別對接線端口設計應完
全密封，能把電機和外界分隔。
(3) 減速傳動裝置
　　減速傳動裝置主要由一對斜齒輪、軸承和油箱組成。驅動齒輪安裝在電機輸出軸上，被動齒輪安裝
在攪拌器軸上，材料一般采用優質鋼。
(4) 攪拌螺旋槳
　　攪拌螺旋槳的設計根據潛射流理論，采用水力平衡的無堵塞的拽后設計， 它能有效傳遞對應電動機
輸出的攪拌效率，在葉片設計時需考慮到防止水草或異物纏繞槳葉的因素。為了獲得遠流程的流場
要求，設有導管式罩。制造完畢后需進行靜平衡校驗。
(5) 密封裝置
　　攪拌器由于長期在水下工作，故其密封性是非常重要的。靜壓密封均采用“O”型橡膠圈。在攪拌器端
軸的動密封采用內裝單端面大彈簧非平衡的機械密封動、靜環，材料為碳化鎢或碳化硅。
(6) 監控系統
　　在每相定子繞組線圈中裝入熱敏開關，當熱敏開關斷開時，電機停止運行并報警。在潛水電機油室設
置油室漏水傳感器：當水滲入油室時，傳感器將發出報警信息。在潛水電機定子室設置漏水傳感器：定子
室中滲入水份時，電機停止運行并報警。熱敏開關、油室漏水傳感器和定子室漏水傳感器經導線引至電機
接線盒(接線盒內有端子板，而端子板則應使用彈性“0”型環與電機密封)。接線盒內的接線板應采用穿線
壓緊桿方式長期固定和連接電纜導線及定子進線。
(7) 動力和控制電纜
　　潛水控制電纜和動力電纜的尺寸應符合I.E.C標準并提供足夠的長度以接入接線箱，且不能拼接。電纜
外護套應是低吸水性的防泄露氯丁橡膠，并且其機械柔性應能承受電纜進線處的壓力。電纜至少能在水下
20m處連續使用而不失其防水性能。采用遠程的監控工作站則可以利用編程進行遠程的實時數據調用、參數
修改功能，以達到遠程監控的目的。

攪拌系統的設計與選型
   在污水處理廠污水處理中，為使得混合液保持一定流速，防止污泥沉積在池底部，并將污水與回流和再循環水流混合在一起使懸浮固體均勻分布，不僅需要確定潛水攪拌器的型號，而且還需要確定攪拌器在池體內合理、
高效的分布，這就要建立池體的攪拌系統。
 　攪拌系統設計中需要考慮的通常是整體流速(m／s)* N能量密度(W／m)兩組因素。根據目前已經廣泛應用的高效的攪拌系統，能量密度標準已經轉而用來表示能耗了，一般只需考慮整體流速(m／s)就能得出攪拌系統。
   有效的攪拌是在整體流動條件下獲得的，水池中的介質整體都在發生運動，并且成為攪拌工藝的一部分。污水處理廠池體的整體流速通常為0.1～0 .4 m／s。迄今為止，整體流速是污水處理中最可行的對通用攪拌狀態進行定量分析的方法，而以沉積量、活體積、污泥分布均勻度等參數來定量表示攪拌度的工作正在進行之中。據資料顯示，使用計算機流體動力學(CFD)可以準確地預測潛水攪拌器所產生的流量。根據潛水攪拌器的流量較核攪拌器推力，就能形象地得出攪拌系統中個組攪拌器的合理位置。依照攪拌器推力和攪拌器位置，正確使用CFD可以進一步增進攪拌器系統設計工具的準確性。根據上述步驟，可以較準確地計算出合理、高效的潛水攪拌器的攪拌系統。

設備故障診斷
   潛水攪拌器，俗稱推流器，在使用過程中也常遇到一些故障，最典型的是異常聲響問題。出現這種故障時，設備發出較大的聲響，十幾米處就能聽見，檢查電流均在正常范圍內，簡單的檢查也很難找到問題。可以將整臺設備分成機械密封總成、齒輪箱和電機三個部件，進行單獨的分解檢查和分析處理。
1.機械密封總成的檢查
　　最容易出故障的是機械密封部分，常因磨損使機械密封失效，密封腔進水。首先分解了機械密封總成，對包括兩套機械密封，骨架油封，輸出軸，軸承，殼體及端蓋等零件進行了清洗檢查，并查驗了軸承座和輸出軸的有關尺寸，如均未發現問題，說明機械密封部分完好，排除發生故障的可能性。
2.齒輪箱的分析與檢查
　　設備的齒輪箱加工精度較高，熱處理良好，對齒輪箱進行*的清洗，仔細檢查各齒輪、齒輪軸、軸承。發現輪齒表面光滑，無點蝕、交合現象，齒輪嚙合側隙正常，齒廓無明顯磨損；各軸承徑向、軸向間隙正常，內外圈及滾子表面均無點蝕斑點，整體質量良好；各軸軸向間隙合理，手盤輸出軸，活動自如，無卡殼現象，也無異常聲響。那么，可以排除齒輪箱的故障。
3.電機故障的檢查、分析及處理
　　電機故障表現：在分解電機前，進行空運轉，以找出問題。如電機發出異常聲響，振動很大；電機軸的軸套處發出咝咝的聲音，電機空運轉不到2分鐘軸伸溫度就達幾十度，燙手。軸承內圈因點蝕產生梨皮狀點蝕區域，表面粗糙，暗淡，無光澤，可明顯看到點蝕孔；骨架油封內圈破損；軸承內圈和軸套與對應的軸頸處有“跑圈”形成的暗斑。
   由于軸承內圈點蝕形成梨皮狀點蝕區域，軸承滾子通過時，有明顯的卡滯現象，并發生聲響。這便可能是電機發生異常聲響的根本原因，那么通過更換軸承解決此問題。
4.需要說明的問題
　　1）電機轉子軸是推流器的基準件，推流器的檢修，除修理基準件，還需要對各個零件都進行分解檢查，更換損壞件，使設備的性能得到了恢復。
　　2）潛水設備的大修時間一般為5-6年；
　　3）軸頸偏小的常用處理辦法是增加零件法，即車削該段直徑，增加一軸套，內孔采用過盈配合的方式與軸配合，外表面滿足配合所要求的尺寸。或者更換電機轉子軸，*解決問題。

攪拌器常見問題
　　在攪拌器設備滿意度調查問卷的開放問題中，了解到來自水業設備最終用戶對攪拌器的意見反饋。主要反映在：
　　1、 最容易出故障的是機械密封部分，常因磨損使機械密封失效，密封腔進水；
　　2、 出現齒輪輪齒打碎和齒輪軸未留軸向間隙的現象；
　　3、 電機發出異常聲響，振動很大；
　　4、 設備易受別的物質纏繞；
　　5、 耗電量太大等。